第6章-大气静力稳定度ppt课件.ppt

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1、第六章大气静力稳定度本章主要内容大气静力稳定度判定法（气块法）条件性不稳定整层气层升降时稳定度变化逆温层大气（层结）静力稳定度的概念在天气学中，用来判断对流运动发展与否；在污染气象学中，有助于判断湍流发展与否。1、处于静力平衡状态大气中，一些空气团受到动力因子或热力因子扰动，就会产生向上或向下垂直运动，这种偏离其平衡位置的垂直运动能否继续发展，是由大气层结即大气中温度和湿度的垂直分布所决定。2、层结大气所具有的这种影响垂直运动的特性称为大气静力稳定度，也称层结稳定度气块法模型：令气块离开平衡位置作微小的虚拟位移

2、，如果气块到达新位置后有继续移动的趋势，则此气层的大气层结是不稳定的。它表明稍有扰动就会导致垂直运动的发展；如果气块有回到平衡位置的趋势，则这种大气层结是稳定的；如果气块既不远离平衡位置也无返回原平衡位置的趋势，而是随遇平衡，就是中性的。注意：大气层结稳定度只是用来描述大气层结对于气块的垂直运动起什么影响（加速、减速或等速）的一个概念，这种影响只有当气块受到外界的冲击力以后才能表现出来，它并不表示大气中已经存在的垂直运动状态（1）基本判别式（2）静力稳定度判据1大气静力稳定度判定法（气块法）任取单位体积气块，取

3、铅直向上方向为正，铅直方向上的运动方程为（1）基本判别式根据状态方程，以及有可以由此式判断气层静力稳定度,是最基本的判定方程1、当时，则，说明若气块比周围（环境）空气暖时，可获得向上的加速度；2、当时，则，说明若气块比周围（环境）空气冷时，可获得向下的加速度；3、若时，则，说明气块与周围（环境）空气无温差时，气块的垂直加速度为零。（2）静力稳定度判据1）薄气层定义：气层的厚度足够薄，以至于气层的为常数，则称该气层为薄气层。2）基本判别式设气块从温度为T0的平衡位置处作一虚拟的微小位移dz后，其温度就变成环境大气

4、温度为把上两式代入中，有适用于薄气层静力稳定度的基本判别式1、，不论气块是向上运动（dz>0）还是向下运动（dz<0），气块的加速度总是和dz的符号一致，有加速离开原平衡位置的倾向，即大气层结是不稳定层结；2、垂直运动既不发展也不衰减，大气层结是中性的；3、，不论气块是向上运动（dz>0）还是向下运动（dz<0），气块的加速度总是和dz的符号相反，有加速回到原平衡位置的倾向，即大气层结是稳定层结；zT（b）稳定层结zT（a）不稳定层结平衡位置由于干湿绝热减温率不同，故需分别讨论：（未饱和气块）气块垂直位移时按干

5、绝热变化，垂直减温率（饱和气块）气块垂直位移时按湿绝热变化，垂直减温率条件性不稳定是指，大气层结对饱和气块是不稳定的，而对未饱和气块是稳定的。如果存在局地的强对流或其它动力因子的强烈抬升作用，使空气上升达到凝结高度以上，则条件性不稳定就可能实现，往往造成局地性雷雨天气。绝对不稳定条件性不稳定绝对稳定利用下列两个关系此判据能定性的反映对流发展的基本条件，广泛应用在天气预报、云雾物理及相关的污染气象学的研究中。气层不稳定能量01条件性不稳定类型02热雷雨预报03夹卷过程对稳定度影响042条件性不稳定观测表明，热带地

6、区自地面以上到约15公里高度处，平均来看，都是处于条件性不稳定状态。其它地区大气层结也大多是条件性不稳定。注意：在讨论厚气层时（或自地面以上对流层整层大气），大气温度垂直分布很复杂，大气垂直减温率不是常数；气块不再是作微小虚拟位移，而是作有限虚拟位移，离开平衡位置的未饱和气块可能上升达到凝结而成为饱和气块，这就增加问题难度。（1）不稳定能量法不稳定能量定义：气块在上升过程中，因各高度大气层结不同：若是正浮力，则对气块作功，并将转化成气块运动动能；若是负浮力，则气块对负浮力做功，运动受到抑制，气块将减速。气块在垂

7、直运动中动能增量，可以认为是由气层中所储存一部分能量转化而来，这部分可以转化的能量一般称为气层的不稳定能量。气层不稳定能量的大小和正负是大气层结是否稳定的标志。由气块运动方程推导出动能方程上式右边表示净浮力将单位质量空气从z0移到z所作的功；上式左边表示转化成气块动能增量；若气块温度高于环境温度，则净浮力为正，气块的垂直运动动能不断增加；反之，净浮力为负，气块动能将减小。由于气块上升时的温度变化是确定的，因此浮力的正负取决于厚气层温度层结。图5.4中，气块路径（状态）曲线在层结曲线右边，气块受正浮力，故阴影部分

8、代表正不稳定能量，以正面积A+表示；反之，若路径（状态）曲线在左边，气块受到负浮力，阴影部分是不稳定能量，以负面积A-表示（2）条件性不稳定类型（厚气层）由层结曲线和状态（路径）曲线的配置，由此可将大气（厚气层）稳定度性质分为潜在不稳定型、绝对稳定型、绝对不稳定型。自由对流高度（LFC）：在潜在不稳定中，层结曲线与状态曲线第一次相交的高度F点；对流有效位能CAPE：在潜在不稳定示意图中